采煤机滚筒自动调高的液压控制方法

季瑞，王忠宾，关明

(中国矿业大学机电工程学院，江苏徐州221116)

煤炭是我国的主要能源，国内采煤机的滚筒调高大多依靠人工通过红外遥控器在近距离操控。由于采煤机工作过程中产生大量的煤尘和水雾，加之煤矿井下恶劣的工作环境，单靠人眼很难看清滚筒是否切割到岩石，仅能通过截割滚筒发出的声音进行判别。煤层截割过少则不能充分开采，造成对煤炭资源的浪费;截割过多则易触碰到顶底板，对采煤机的危害极大。而实现采煤机滚筒自动调高，能够节约煤炭资源、改善劳动条件、延长机器寿命，既有经济效益又有社会效益。因此，作者提出的采煤机滚筒自动调高的液压控制方法，在遵从记忆切割路径的基础上能够对滚筒切割到岩石的异常状态做高度的自动调节，不仅可弥补记忆截割过于依赖人的行为所带来的不及时和随机现象，又可避免单一传感器识别稳定性、可靠性差和精度低等所带来的问题，能够有效解决采煤机滚筒根据煤层厚度的变化进行自动调高的问题。

1 采煤机滚筒调高的液压控制原理

采煤机滚筒调高的液压系统控制原理如图1所示，调高油缸的缸体端与摇臂、活塞杆端与牵引部箱体分别用销轴铰接，通过调高油缸活塞的伸缩运动带动摇臂上下摆动从而实现滚筒的液压调高。

图1 采煤机滚筒调高的液压控制原理图

当采煤机正常运行时，由电动机驱动调高液压泵运转，压力油自油箱经吸油过滤器进入液压泵，在滚筒高度固定不变时，即调高换向阀未操作状态下，压力油经溢流阀回油池。在操作滚筒升降时，即调高换向阀操作时，压力油经调高换向阀进入调高油缸，调高油缸排油腔的油液经调高换向阀回油池，直到滚筒调整到位即调高换向阀停止操作为止。该调高换向阀是手、液控换向阀的先导阀，是为实现滚筒调高的电气控制而设置的。

在整个液压调高系统中，双向液压锁的作用至关重要。当采煤机处于调高状态，双向液压锁可以实现调高油缸的平稳工作，减小压力波动，增加液压系统的可靠性;当采煤机处于紧锁状态，双向液压锁可以锁住调高油缸两腔的液压油，保持滚筒在正常工作或受到冲击时的高度能长时间保持固定位置。

2 采煤机滚筒调高的液压控制模型

在采煤机滚筒调高过程中，通过调高油缸活塞的往复运动实现滚筒的液压调高。建立典型采煤机滚筒调高的液压控制模型如图2所示。

图2 采煤机滚筒调高的液压控制模型

在滚筒调高油缸上安装位移传感器，测量调高油缸活塞的往复运动位移量。图2中各参数的具体定义如下:H为采煤机滚筒高度，滚筒回转中心P 到滑靴所在水平面的垂直距离;h为采煤机机身高度，机身与摇臂铰接点C 到滑靴所在水平面的垂直距离;a为短摇臂长度，短摇臂与机身铰接点C 到短摇臂与调高油缸缸体铰接点B的距离;b为摇臂长度，摇臂与机身铰接点C 到滚筒回转中心P的距离;c为摇臂与机身铰接点C 到调高油缸活塞与机身铰接点A的距离;θ为短摇臂与摇臂的夹角;l为调高油缸收缩到最短的长度;x为调高油缸活塞的位移量;l+x为调高油缸两端铰接点AB的距离。

建立采煤机滚筒高度和调高油缸活塞位移量的系统函数为:

由上式可得:液压缸的活塞杆位移量H与滚筒调高量x之间的关系是非线性的正相关。

以西安煤矿机械有限公司生产的MG500/1130型电牵引采煤机为实例，采煤机滚筒高度和调高油缸活塞位移量的曲线如图3所示。

图3 采煤机滚筒高度H 和调高油缸活塞位移量x的曲线

3 采煤机滚筒自动调高的液压控制实现方法

采煤机滚筒自动调高主要由记忆路径跟踪和自适应调高两大部分组成，将PLC控制系统和调高液压控制回路相连，控制原理如图4所示。

图4 采煤机滚筒自动调高液压控制系统原理图

记忆路径跟踪是指由人工操纵采煤机沿工作面的煤岩界面先割一刀，调高控制系统采集调高油缸位移传感器的参数及采煤机的位置信息并存入记忆数据库，以后的滚筒高度均由PLC控制器根据记忆数据库的工作参数，通过控制信号驱动电液换向阀动作，自动控制调高油缸活塞的位移，并对活塞的位移传感参数不断校验，形成闭环控制，实现滚筒的自动调高。

自适应调高是指在记忆路径跟踪的过程中，如煤层条件发生变化，采煤机PLC控制器根据截割负载的异常状态，通过控制信号驱动液压控制系统自动将滚筒调节至适宜高度，并自动记忆调整过的工作参数，作为下一刀滚筒自动调高的工作参数。

实践证明当采煤机切割到岩石后，其截割电机的电流、温度都将加大并超出正常范围。

4 采煤机滚筒自动调高的液压控制测试

为了验证采煤机滚筒自动调高的液压控制效果，作者以某公司生产的MG500/1130型电牵引采煤机在中国平煤神马集团六矿22 210 工作面的工作为例，对现场数据进行采集、处理及分析。采集时间间隔500 ms，采集点数400个，滚筒高度值400个，最终得出采煤机滚筒液压控制自动调高曲线如图5所示，滚筒高度误差不大于0.080 m，试验取得了满意的结果，验证了该方法的实用性。

图5 采煤机滚筒自动调高的液压控制曲线

5 结束语

根据当前采煤机滚筒调高的实际研究状况，提出一种采煤机滚筒自动调高液压控制的新方法，并通过实验证明:该方法能够提高采煤机液压调高控制系统的稳定性、可靠性及准确性，误差范围满足我国复杂地质条件下采煤机滚筒自动调高的控制要求。

【1】沈利华，王蓓，陶峥． 滚筒采煤机调高机构研究［J］． 煤矿机电，1998(1):31 －33．

【2】于励民．煤矿机械液压传动［M］． 北京:煤炭工业出版社，2008．

【3】张友云．国外煤岩分界传感器研究现状［J］． 煤炭经济与科技动态，1994(26):8 －11．

【4】廉自生，刘混举，李文英．基于切割力响应的煤岩界面识别技术研究［J］．山西机械，1999(2):25 －27．